大型球罐聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)研究

崔衛(wèi)東，張 莉

(河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，河南鄭州 450016)

0 前言

大型球形儲(chǔ)罐廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，一旦發(fā)生泄漏或斷裂將有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸及中毒事故，使生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)遭受?chē)?yán)重破壞，生命和財(cái)產(chǎn)蒙受重大損失。另一方面，為了增加企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，承壓設(shè)備必須長(zhǎng)周期運(yùn)行，以使維護(hù)和檢驗(yàn)成本達(dá)到最小化。

聲發(fā)射檢測(cè)可以在壓力容器的工作狀態(tài)下，通過(guò)改變壓力容器的工藝操作參數(shù)，使壓力容器存在的活性缺陷產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)，利用聲發(fā)射儀采集信號(hào)，可以快速找出聲發(fā)射源的位置，針對(duì)這些聲發(fā)射源進(jìn)行復(fù)驗(yàn)和評(píng)定，以達(dá)到保證大型球罐安全使用的目的［1］。

本文對(duì)1 000 m3液化氣球罐進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)，采用整體檢測(cè)與局部檢測(cè)相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)有效聲發(fā)射源23處，復(fù)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其中21處存在裂紋等缺陷。

1 球罐概況

洛陽(yáng)煉油廠石化總廠一臺(tái)液化石油氣球罐，位號(hào)為G909;設(shè)計(jì)壓力:1.8MPa;設(shè)計(jì)溫度:-10～50℃;最高操作壓力為1.6 MPa;操作溫度:常溫;直徑:12 410 mm;容積:1 000 m3;介質(zhì):液化石油氣;主體材質(zhì):SPV50Q;公稱壁厚:34 mm。該球罐由日本CBI株式會(huì)社設(shè)計(jì)制造，由十一化建現(xiàn)場(chǎng)組焊，1997年12月投用，2005年4月檢驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)對(duì)接焊縫熔合線內(nèi)表面存在大量裂紋，隨后廠方進(jìn)行了消氫、補(bǔ)焊返修、整體消應(yīng)力處理，水壓試驗(yàn)合格后一直沿用至今。

2 檢測(cè)方案的確定

本次檢測(cè)采用德國(guó)Vallen公司生產(chǎn)的AMSY5 ASIP-2型和AMSY5型多通道全數(shù)字化聲發(fā)射檢測(cè)分析儀，采用WAE2002源定位檢測(cè)分析軟件，傳感器為SR150型(帶前置放大器，可自激發(fā)標(biāo)定)諧振型傳感器，中心頻率為150 kHz，主放大器增益為40 dB，帶通頻率為20 ～120 kHz。

使用AMSY5 ASIP-2型聲發(fā)射儀的46個(gè)通道數(shù)對(duì)球罐進(jìn)行整體檢測(cè)，傳感器定位方式為球面定位;使用AMSY5型聲發(fā)射儀的32個(gè)通道數(shù)對(duì)球罐上下大環(huán)縫進(jìn)行檢測(cè)，傳感器定位方式為線性定位［2］。

整體檢測(cè)探頭布置方式:總共46個(gè)探頭(共五層，第一、四層6個(gè)，第二、五層10個(gè)，第三層12個(gè)，球罐頂部、底部中心各布置一個(gè)(避開(kāi)上下人孔))，排列成三角型陣列，探頭在容器上的具體部位如圖1所示。

局部檢測(cè)探頭布置方式:總共32個(gè)探頭(共兩層，分布在上下大環(huán)縫周?chē)鶆蚍植寂帕谐蓤A周型，探頭在容器上的具體部位如圖2所示。按照GB/T18182-2000的要求，聲發(fā)射檢測(cè)的壓力試驗(yàn)程序采用兩次加壓循環(huán)過(guò)程，升壓介質(zhì)為軟化水，介質(zhì)溫度為20℃。

3 儀器校準(zhǔn)和加載程序

對(duì)儀器通道靈敏度和衰減特性進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)通道響應(yīng)的幅度值與所有相關(guān)通道的平均幅度值之差不大于4 dB，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求［3］。

檢測(cè)前，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噪聲進(jìn)行30 min的噪聲測(cè)量，信號(hào)幅度＜52 dB;衰減測(cè)量情況較16MnR材料大，為了保證檢測(cè)精度，故將門(mén)檻值設(shè)置為40。

對(duì)整體檢測(cè)46個(gè)有代表性的三角形定位陣列進(jìn)行定位校準(zhǔn)，及對(duì)局部檢測(cè)32個(gè)有代表性的線性定位陣列進(jìn)行定位校準(zhǔn)，均得到良好的定位結(jié)果。

加載程序采用兩次加壓、保壓程序，第一次加壓循環(huán)試驗(yàn)壓力為最高工作壓力的1.25倍，即2.0 MPa，第二次加壓循環(huán)試驗(yàn)壓力為第一次試驗(yàn)壓力的97%，即1.94 MPa，保壓時(shí)間均為20 min，兩次加載壓力均超過(guò)最高工作壓力。

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

本次檢測(cè)數(shù)據(jù)采集和分析，主要采用常用的參數(shù)采集和分析的方法。在檢測(cè)中門(mén)檻值設(shè)置較低，有效聲源信號(hào)和噪聲信號(hào)混雜出現(xiàn)，所以通過(guò)以下方式將其區(qū)分:

①通過(guò)設(shè)備采集到的波形進(jìn)行判斷，本次檢測(cè)主要是為了發(fā)現(xiàn)球罐裂紋缺陷，其波形特征為突發(fā)信號(hào)，通過(guò)分析采集到的波形特征可以判斷是否為裂紋缺陷信號(hào)源。

②升壓開(kāi)始前及兩次降壓過(guò)程中的信號(hào)識(shí)別，如果一個(gè)信號(hào)源在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)，包括在升壓開(kāi)始前或兩次降壓過(guò)程中均出現(xiàn)，則該信號(hào)不一定是缺陷產(chǎn)生的信號(hào)。應(yīng)重點(diǎn)檢查該部位在球罐上的位置，分析是否因振動(dòng)、腳手架碰撞摩擦、介質(zhì)進(jìn)出流動(dòng)、傳感器自激產(chǎn)生的噪聲信號(hào)。

③對(duì)于在焊縫附近及應(yīng)力集中區(qū)域出現(xiàn)的信號(hào)源，如果信號(hào)源只出現(xiàn)在一次升壓階段，即使屬于非活性信號(hào)源，也將其認(rèn)為是有效聲發(fā)射源。

5 檢測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

對(duì)球罐進(jìn)行在線整體檢測(cè)過(guò)程中共發(fā)現(xiàn)18處有效聲發(fā)射定位源，如表1所示;局部檢測(cè)過(guò)程中共發(fā)現(xiàn)12處有效聲發(fā)射定位源［4］，如表2所示。

表1 整體檢測(cè)聲發(fā)射源綜合等級(jí)

表2 局部檢測(cè)聲發(fā)射源綜合等級(jí)

整體檢測(cè)與局部檢測(cè)共有7處信號(hào)源重疊，分別是(L1=S11、L2=S12、L3=S13、L4=S14、L7=S8、L9=S9、L11=S6)，故本次檢測(cè)共計(jì)發(fā)現(xiàn) 23 處有效聲發(fā)射源(下極板拼縫2處，下大環(huán)縫8處，上環(huán)縫6處，上極圈Y型拼縫1處，赤道帶縱縫4處，母材2處)，見(jiàn)圖3。根據(jù)GB/T 18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行綜合等級(jí)劃分，決定對(duì)綜合等級(jí)為B級(jí)以上的聲發(fā)射源信號(hào)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，因此所有聲發(fā)射源信號(hào)均需復(fù)檢，聲發(fā)射源復(fù)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

圖3 聲發(fā)射源定位圖

經(jīng)過(guò)對(duì)上述23處聲發(fā)射源部位MT、UT復(fù)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)21處源部位存在表面裂紋缺陷(另外母材上有2處，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)超標(biāo)缺陷，可能是聲發(fā)射檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)力釋放的結(jié)果，或者是在升壓過(guò)程中罐壁與支柱間的摩擦造成信號(hào)源)。根據(jù)GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》，對(duì)檢測(cè)結(jié)果得到如下結(jié)論:對(duì)有缺陷聲發(fā)射源嚴(yán)重度級(jí)別進(jìn)行評(píng)定，結(jié)果為“嚴(yán)重”和“很?chē)?yán)重”，需要修復(fù)處理。

表3 聲發(fā)射源復(fù)驗(yàn)結(jié)果

6 結(jié)論

對(duì)于因各種原因不能停止運(yùn)行而又已到壓力容器檢驗(yàn)周期必須檢驗(yàn)的球罐，可采用聲發(fā)射技術(shù)實(shí)現(xiàn)在用球罐的在役檢測(cè)，但同時(shí)需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題。

①采用整體檢測(cè)與局部檢測(cè)相結(jié)合的方法，可提高危害源的檢出率;檢測(cè)時(shí)一般采用兩次升壓與兩次保壓四個(gè)階段進(jìn)行，這對(duì)于分析和識(shí)別有效聲發(fā)射源信號(hào)非常重要。

②噪聲信號(hào)對(duì)判斷缺陷有一定的影響，如:介質(zhì)注入到容器中、加載泵的機(jī)械振動(dòng)及介質(zhì)的泄漏。對(duì)于一般性噪聲信號(hào)可通過(guò)波形來(lái)區(qū)分;由一些結(jié)構(gòu)原因造成的噪聲干擾源，在檢測(cè)開(kāi)始前應(yīng)設(shè)法排除，否則影響檢測(cè)結(jié)果。

③通過(guò)設(shè)備的運(yùn)行及開(kāi)停車(chē)記錄、運(yùn)行參數(shù)、介質(zhì)成分、載荷變化及運(yùn)行中異常情況等資料的了解，判斷出容易產(chǎn)生缺陷的部位，對(duì)聲發(fā)射信號(hào)源的分析有很大幫助。

④本次檢測(cè)是在水壓試驗(yàn)條件下實(shí)施的，但可以推廣到利用介質(zhì)加壓的方式進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)下的在線檢測(cè)。對(duì)于液化氣球罐，最好是在檢測(cè)前一個(gè)月將最大操作壓力至少降低15%，以確保安全。

［1］GB/T12604.4-2004《無(wú)損檢測(cè)術(shù)語(yǔ) 聲發(fā)射檢測(cè)》［S］.北京:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委，2004.9.

［2］沈功田，劉時(shí)風(fēng)，戴 光.聲發(fā)射檢測(cè)［M］.北京:特種設(shè)備無(wú)損檢測(cè)委員會(huì)，2005.6.

［3］GB/T18182-2000《金屬壓力容器聲發(fā)射檢測(cè)及結(jié)果評(píng)價(jià)方法》［S］.北京:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委，2000.6.

［4］崔衛(wèi)東.1 000 m3球罐聲發(fā)射檢驗(yàn)報(bào)告［R］.鄭州:河南省鍋爐壓力容器安全檢測(cè)研究院，2010.